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      歡迎訂閱2017年《中學(xué)生物學(xué)》增刊“學(xué)業(yè)水平測(cè)試研究和應(yīng)對(duì)”專輯

      2017-04-06 23:49:39
      中學(xué)生物學(xué) 2016年12期
      關(guān)鍵詞:中學(xué)生物學(xué)穩(wěn)態(tài)種群

      學(xué)習(xí)環(huán),也譯為學(xué)習(xí)循環(huán),是20世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者阿特金和卡普拉斯在科學(xué)課程改善研究中提出來(lái)的一種探究教學(xué)模式。經(jīng)過(guò)研究和實(shí)踐,學(xué)習(xí)環(huán)在中小學(xué)科學(xué)教育中取得了良好的教育效果。

      學(xué)習(xí)環(huán)模式是圍繞著“概念”開(kāi)展探究教學(xué)的,注重學(xué)習(xí)者親歷探究的過(guò)程。經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)型學(xué)習(xí)環(huán)包括“概念探索、概念引入介紹和概念應(yīng)用”3個(gè)階段(圖1),注重利用學(xué)生已有的知識(shí)。因此,教師在概念探索階段提出和其先前知識(shí)有關(guān)的因果問(wèn)題,學(xué)生可依此提出假設(shè),嘗試解釋該因果問(wèn)題。筆者嘗試借助“經(jīng)驗(yàn)誘導(dǎo)型”學(xué)習(xí)環(huán),從“細(xì)胞—個(gè)體一群體”的生命系統(tǒng)各層次學(xué)習(xí)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制,幫助學(xué)生深入理解概念的本質(zhì),生命活動(dòng)的本質(zhì)和規(guī)律,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合。

      1 概念探索

      生命系統(tǒng)通過(guò)信息交流和反饋調(diào)節(jié)等活動(dòng)維持其自身穩(wěn)定,執(zhí)行其正常功能,該部分內(nèi)容將對(duì)整個(gè)高中生物學(xué)習(xí)起到一個(gè)主導(dǎo)、貫穿的作用。生命系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持是調(diào)節(jié)的結(jié)果,那么,是靠什么來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的呢?教師提出一個(gè)描述性的因果問(wèn)題:如圖2所示的甲、乙兩曲線變化過(guò)程能夠解釋什么現(xiàn)象。這樣引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)搜集,并呈現(xiàn)出來(lái)。學(xué)生可從中獲得:若乙表示甲狀腺激素含量變化,則甲可表示由垂體分泌的促甲狀腺激素含量變化;若乙表示甲狀腺激素含量變化,切除動(dòng)物的甲狀腺,則甲所表示的物質(zhì)分泌增多;若圖表示的是草原生態(tài)系統(tǒng)中狼和羊兩個(gè)種群的數(shù)量變化,則甲表示狼的種群變化,乙表示羊的種群變化。

      在本階段,教師盡量少給學(xué)生指導(dǎo),放手讓學(xué)生自發(fā)地搜索高中教材中涉及的調(diào)節(jié)過(guò)程,并形成自己的觀點(diǎn)。在教材的指導(dǎo)下,教師將不同模塊的知識(shí)進(jìn)行整合,并梳理反饋調(diào)節(jié)的概念層次,確定本節(jié)課的知識(shí)主線。

      評(píng)析:學(xué)生經(jīng)過(guò)新課內(nèi)容的學(xué)習(xí)之后,仍缺乏知識(shí)的整合,對(duì)具體知識(shí)仍是“割裂”式儲(chǔ)存。根據(jù)已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),學(xué)生較易從個(gè)體水平的激素調(diào)節(jié)、群體水平的種群數(shù)量變化或生態(tài)水平的種群間的數(shù)量變化來(lái)談對(duì)內(nèi)環(huán)境問(wèn)題和生態(tài)系統(tǒng)問(wèn)題的調(diào)節(jié)。

      2 概念引介

      這一環(huán)節(jié)中,教師指導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)概念,學(xué)生通過(guò)解釋所學(xué)習(xí)的概念和探究過(guò)程,將經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽象化和理論化。教師通過(guò)呈現(xiàn)或補(bǔ)充具體案例,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行不同層次生命系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)的具體分析,建立反饋機(jī)制模型。在這個(gè)過(guò)程中,教師也應(yīng)適時(shí)澄清學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的錯(cuò)誤概念,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)概念的科學(xué)理解。

      2.1 細(xì)胞水平的反饋調(diào)節(jié)

      生命系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)層次是細(xì)胞,細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持可以通過(guò)調(diào)節(jié)化合物的合成和降解等來(lái)實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)葡萄糖、O2、水分、細(xì)胞代謝產(chǎn)物等含量的相對(duì)穩(wěn)定,DNA結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定等。細(xì)胞水平的反饋調(diào)節(jié)往往是為了避免細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi),保證代謝活動(dòng)經(jīng)濟(jì)而高效的進(jìn)行。如在光合作用的生化反應(yīng)中,若蔗糖合成或輸出受阻,使三碳糖磷酸大量積累于葉綠體基質(zhì)中,導(dǎo)致光反應(yīng)中合成ATP、NADPH數(shù)量下降,卡爾文循環(huán)減速。

      2.2 個(gè)體水平的反饋調(diào)節(jié)

      個(gè)體水平的反饋調(diào)節(jié)是生物個(gè)體維持穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制,該水平的反饋調(diào)節(jié)在教材中能找到較多實(shí)例,如血糖調(diào)節(jié)、體溫調(diào)節(jié)、甲狀腺激素的調(diào)節(jié)等。以體溫調(diào)節(jié)為例,恒溫動(dòng)物體溫的相對(duì)恒定是產(chǎn)熱和散熱平衡的結(jié)果。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),細(xì)胞代謝旺盛,引起產(chǎn)熱量多,體溫升高,通過(guò)反射使甲狀腺激素等分泌減少來(lái)抑制產(chǎn)熱,通過(guò)汗腺分泌汗液增加、血管舒張血流量增大來(lái)增加散熱量,進(jìn)而使體溫下降。而當(dāng)體溫下降時(shí),又可通過(guò)增加產(chǎn)熱,減少散熱來(lái)使體溫回升(圖5)。

      2.3 群體水平的反饋調(diào)節(jié)

      群體水平的反饋調(diào)節(jié)是生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)。例如,在森林中,當(dāng)害蟲數(shù)量增加時(shí),食蟲鳥(niǎo)由于食物豐富,數(shù)量也會(huì)增多,這樣害蟲種群的增長(zhǎng)就會(huì)受到抑制(圖6)。

      那么,生態(tài)系統(tǒng)中的反饋調(diào)節(jié)是否只發(fā)生在生物與生物之間?生物與非生物環(huán)境之間有無(wú)反饋調(diào)節(jié)?需要指出生物群落與非生物環(huán)境之間的反饋調(diào)節(jié)也是普遍存在的,例如火災(zāi)過(guò)后,森林中的種群密度降低,但光照更充足、土壤的無(wú)機(jī)養(yǎng)料因大火灰燼的補(bǔ)充而增多,新的植株因此迅速生長(zhǎng)。植物的生長(zhǎng)又為動(dòng)物的生長(zhǎng)提供條件,森林中多種生物種群密度因此增加(圖7)。

      教師進(jìn)一步提出學(xué)生存在的困惑:在自然環(huán)境中,種群密度是否會(huì)限制種群數(shù)量的增長(zhǎng)?如何理解?這其實(shí)也是一個(gè)種群內(nèi)個(gè)體的反饋調(diào)節(jié)問(wèn)題。在種群數(shù)量增長(zhǎng)的過(guò)程中,當(dāng)數(shù)量的增長(zhǎng)超過(guò)環(huán)境容納量時(shí),種群密度就會(huì)制約種群進(jìn)一步的發(fā)展,病原物和寄生物的傳播速度增大,使死亡率增加;在種群密度高的年份,鳥(niǎo)類可以通過(guò)領(lǐng)域行為使種群數(shù)量下降;嚙齒類動(dòng)物在種群密度過(guò)大時(shí),會(huì)通過(guò)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)使種群數(shù)量迅速下降。而種群數(shù)量減少時(shí),密度制約作用又減弱,使種群數(shù)量增長(zhǎng)。所以在種群層面上的反饋調(diào)節(jié)一般是通過(guò)密度制約因素實(shí)現(xiàn)的。

      在分析了生命系統(tǒng)不同層次的反饋調(diào)節(jié)案例及模型構(gòu)建后,教師繼續(xù)追問(wèn):反饋調(diào)節(jié)是否僅指負(fù)反饋調(diào)節(jié)?在細(xì)胞、個(gè)體、群體水平有無(wú)正反饋調(diào)節(jié)?通過(guò)分析,學(xué)生不難找出教材中的實(shí)例:如果一個(gè)湖泊受到了污染,魚類的數(shù)量就會(huì)因死亡而減少,死魚腐爛后又會(huì)進(jìn)一步加重污染并引起更多魚的死亡(圖8)。另外,神經(jīng)纖維膜上達(dá)到閾值時(shí)Na+通道開(kāi)放過(guò)程、傷口的血液凝固過(guò)程、群落的演替等都是正反饋調(diào)節(jié)。

      最后聯(lián)系細(xì)胞、個(gè)體和群體三個(gè)層次,教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)反饋調(diào)節(jié)的概念:在一個(gè)系統(tǒng)中,系統(tǒng)本身的工作效果,反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作,這種調(diào)節(jié)方式叫做反饋調(diào)節(jié)。反饋信息與原輸入信息起相反作用,使輸出信息減弱的調(diào)節(jié)是負(fù)反饋;而反饋信息與原輸入信息起相同作用,使輸出信息進(jìn)一步增強(qiáng)的調(diào)節(jié)是正反饋。

      評(píng)析:在對(duì)案例的分析和構(gòu)建各個(gè)層次生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)模型中,學(xué)生不僅在形式上積極參與,實(shí)質(zhì)上也是積極主動(dòng)思考,通過(guò)分析、比較、歸納等思維活動(dòng),建構(gòu)正確概念。而由于負(fù)反饋調(diào)節(jié)在生理活動(dòng)中涉及面廣,并通過(guò)不斷“糾正”控制信息來(lái)維持穩(wěn)態(tài),其重要性的確大于正反饋;而正反饋的意義在于使生理過(guò)程不斷加強(qiáng),甚至完成生理過(guò)程。所以在教學(xué)中,教師要做一些補(bǔ)充說(shuō)明,便于學(xué)生更容易理解反饋調(diào)節(jié)作用。

      3 概念應(yīng)用

      這一環(huán)節(jié)旨在使學(xué)生通過(guò)應(yīng)用深入理解概念,將所學(xué)概念拓展于新情境中,以獲得更高層次的能力提升。通過(guò)以問(wèn)題為中心的活動(dòng),檢測(cè)學(xué)生對(duì)“生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)”概念的理解,引導(dǎo)學(xué)生看到科學(xué)概念在日常生活經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)實(shí)踐中的應(yīng)用與意義,鼓勵(lì)學(xué)生自我評(píng)價(jià)及反思。

      案例1:地方性甲狀腺腫的主要病因是缺碘,該病主要多見(jiàn)于遠(yuǎn)離沿海及海拔高的山區(qū),嘗試根據(jù)反饋調(diào)節(jié)的機(jī)理解釋原因。

      案例2:河流生態(tài)系統(tǒng)受到含大量有機(jī)物的生活污水輕度污染后又凈化過(guò)程中,水中溶解氧含量是如何變化的?

      案例3:根據(jù)種群密度的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,若僅通過(guò)器械捕殺、藥物毒殺等措施對(duì)鼠等有害動(dòng)物的防治,會(huì)帶來(lái)什么現(xiàn)象?如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決這一問(wèn)題?

      評(píng)析:這個(gè)環(huán)節(jié)中,學(xué)生將已建構(gòu)的生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)概念擴(kuò)展到新的情境中,運(yùn)用于生活之中,如疾病的分析、生態(tài)問(wèn)題的解決,并獲得更多的信息和更高層次的技巧。此環(huán)節(jié)中,教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生善于正確使用剛獲得的概念“生命系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)”,那些還沒(méi)有真正掌握概念的學(xué)生經(jīng)過(guò)此過(guò)程,他們對(duì)此會(huì)有更深的理解。另外,值得討論的是:下一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)的課題是什么??jī)烧咧g有什么聯(lián)接點(diǎn)?比如,在案例3的分析中,學(xué)生將聯(lián)系“環(huán)境容納量”這一概念進(jìn)行分析,這又為新一輪的學(xué)習(xí)環(huán)教學(xué)提供素材。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 姚寶駿,戴鳴等.美國(guó)學(xué)習(xí)環(huán)教學(xué)要點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和難點(diǎn)[J].生物學(xué)通報(bào),2009,44(3):51-53.

      [2] 李家濤,孫啟宗.試析“反饋調(diào)節(jié)與生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)”[J].中學(xué)生物教學(xué),2008,C1:40-42.

      [3] 吳相鈺,劉恩山.生物學(xué)必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[M].杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,80.

      [4] 吳相鈺,劉恩山.生物學(xué)必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境[M].杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,116.

      [5] 鄭玉萍.關(guān)于“反饋調(diào)節(jié)"教學(xué)的幾點(diǎn)補(bǔ)充[J].生物學(xué)教學(xué),2008,33(11):80,

      [6] 譚幫換,胡緒.試論探究教學(xué)的“學(xué)習(xí)環(huán)模式”[J].教育與教學(xué)研究,2011(7):38-40.

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